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活性炭储氢技术的讲述

发布时间:2020-05-13 浏览

木材炭化获得多孔炭或活性炭,很久以来被人们用于制药和净化,而随着一次世界大战的爆发,出现了对防毒面具的需求,活性炭的气体分离能力和储气能力开始被高度重视。起初人们采用普通活性炭吸附储氢,活性炭是经活化的多孔、有大内表面积和孔容积,以炭素为主要构成元素的具有高表面活性的炭。

活性炭具有像石墨晶粒却无规则排列的微晶,在活化过程中微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙,这些孔隙特别是小于20nm的微孔,提供了巨大的表面积,微孔的孔隙容积一般为0.25-0.9mL/g,孔隙数量约为1020个/g,全部微孔表面积约为500-1500m2/g。 微孔是决定活性炭吸附性能高低的重要因素。

在低温吸附系统中活性炭作为吸附剂,其优点是尺寸、质量适中,但由于活性炭的孔径分布宽,微孔容积小,为维持氢的物理吸附要求的条件较苛刻,即使在低温下储氢量也很低,不到1%,室温下更低。因此,活性炭作为储氢材料的应用受到限制。

后来人们采用比表面积更大,孔径更小、更均匀的高表面积活性炭(比表面积约在2000m2/g以上)作为储存燃料气体的主要载体,用比表面积高达3000m2/g的高性能活性炭储氢,在77K、3MPa条件下可吸氢5%。氢在高性能活性炭上的吸附量,随压力升高而显著增加,压力越高,氢存储容量越大。

氢气在活性炭上的吸附是一种物理过程。温度恒定时,加压吸附,减压脱附。从实测吸附等温线看,脱附线与吸附线重合,没有滞留效应,即在给定的压力区间内,增压时的吸氢量与减压时的放氢量相等。吸氢与放氢仅仅取决于压力的变化。

储氢炭材料主要有单壁纳米碳管(SWNT)、多壁纳米碳管(MWNT)、碳纳米纤维(CNF)、碳纳米石墨、高比表面积活性炭、活性碳纤维(ACF)和纳米石墨等。目前研究的是MWNT、CNF和高比表面积活性炭等炭材料的储氢。

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